JPS62503002A - 漏電遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 漏電遮断器 本発明は請求の範囲第１項の上位概念に基づく漏電遮断器に関する。

本発明への契機をなすのは、漏電遮断回路を使用する時に得た経験でちる。この 経験は、今日多くの国国で適用されるこの保護対策の保護範囲にある公知の空白 を埋めるために、新しい技術的解決策ｉ要求している。

＠電遮断器の設計のために可能な３つの基本回路が既に２０年前に示された（１ ）。オーストリアで初めて適用されたパルス又はエネルギ蓄積引けずし式漏電遮 断器は指導的な発明であって（オーストリア特許第１９７．４６８号）、大量の 個数が取付けられ、確実であることが証明された。エネルギ蓄積回路のスイッチ 部として当初はグローランプが使用され、このためこの解決策は高価でちゃ（和 動変流器の二次巻線の巻数が多い）、余シに多くの場所を取った。しかし半導体 技術は今日、安価と小さな寸法によシスイッチ素子としてグローラングに代わる 適当な部品を使用に供する。この部品は動作電圧が１０ｖでおって、和動変流器 の二次巻線の比較的小さな巻数及び遮断器のほとんど任意の引はずし特性を可能 にする。また蓄積コンデンサを小さくするために、電気エネルギを蓄積しない、 線間電圧から独立の回路の場合よシも調整に問題がなく、よυ大きな引はずし力 で動作させることができる有極永久磁石引はずし装置を使用することが好ましい 。また、漏電遮断器の近代的設計は、脈動又は平滑化直流電流の形で現れる漏れ 電流の場合の引はずしも取扱わなければならない。漏電遮断器が漏れ交流電流で しか動作し得ないことは常に知られる所であった。漏れ電流に直流分があると、 遮断器の引はずし感度が不利な影＃を受けるのである。電子部品が家庭用機器に ますます多く使われているので、直流問題も解決しなければならない。家庭用電 気機器で実際に使用される回路で架枠漏電の場合に、流れる漏れ電流は必ず脈動 直流電流の形でしか現れないと、長らく信じられて来た。

例えば平滑化コンデンサなしで半波整流の場合に現れるこの種の漏れ電流に対し て、漏電遮断器を線間電圧から独立に古典的回路を用いて、すなわちエネルギ蓄 積引はずし式に構成することが可能である（英国特許第２０８２４０８Ｂ号）。

ところが電子機器メーカーに対して漏電遮断器のために、機器に必要な電子回路 の選択に制限を加えることは、まず不可能であることが判明した。この点に関連 して平滑化コンデンサ使用の半波整流と三相整流を挙げなければならない。

しかし電気エネルギ蓄積式回路も含めて線間電圧依存性回路は変成器用はずし方 式であるため、平滑化直流電流の形の漏れ電流を識別することができない。

この場合は、当然、線間電圧に依存して、和動変流器を介してあらゆる形の漏れ 直流電流を処理することができる電子回路を使用することが必要である。

例えば米国特許第３，７６８．０１１号と西独特許出願公漏電遮断器の引はすし のための補助電源として幹線を使用することによって、どのような危険が発生す るか、という問題が生まれる。補助電圧を１本の相線と中性線だけから取ると、 轟該の相線又は中性線が停電すれは（例えば相線のヒユーズの応答又は中性線の 断線の場合）、遮断器が働かないし、別の２本の相線の架枠漏電によって発生す る漏れ電圧はもはや識別することができない。三相電源の３本のすべての相線を 補助電源のために使用しても、依然として中性線の断線が問題である。そこで中 性線の断線の場合に漏電遮断器を引はずすことによって、対策を構じることが試 みられた（西独特許出願公開第２８２５８８１号）。そのために補助接続端子、 例えば保護線を使用すれば、これによって配線が複雑になシ、大地電位が遮断器 に持込まれる欠点がちる。しかもそれによって回路は、と９わけ大地に対して現 れる過電圧に敏感になる。線間電圧依存性の引はずしはとシわけ、被保護設備の 架枠漏電の場合に補助電源のだめの電圧のレベルが変圧器及び補助電源接続点間 の幹線ループの抵抗と故障ループの総抵抗の比に依存するという欠点がある。こ のことを第１図に多重接地設備の架枠短絡の場合について示す。

ＺＬ　変圧器から漏電遮断器までの相線の線路インピーダンス ｚｐ　ＥＮ　変圧器から漏電遮断器までの保護中性線の線路インピーダンス ｚｌ　漏電遮断器の後方、故障点までの相線の線路インピーダンス Ｚ、故障点から保護中性線までの保護線の線路インピーダンス ＵＮ　線間電圧−相線・保護中性線 Ｕａ　線間電圧から独立の電子回路の電源電圧と表せば、電源電圧のレベルに対 して が成シ立つ。

従って漏ｔａ断器の取付は点の近傍に架枠漏電が起こると、補助電圧がゼロにな るから引けすしが不可能になる。この場合は過負荷保護装置が架枠漏電を切断し なければならず、漏電遮断器は作動しなくなっている。線間電圧依存性引はずし 方式の遮断器を使用する国々では、このため漏電保護系によっていわゆる補助保 護を得るに留めておシ、国際規格に然るべき制限が計画されている（２　、３） 。

西独特許出願公開第２８２５８８１号で示されるように、保護線に対して中性線 の電圧を監視しても、何の役にも立たない。架枠漏電と同時に短絡が起こると、 回路が働かないからである。第２図で明らかなように、この場合は漏電遮断器の 出力端子が保護遮断器と共に短絡しておシ、遮断器は起動することができないに 拘らず、被保護設備部分は例えば１１０■の対地電位を取る。

このことは第２図で下記の符号によシ明らかでちる。

ｚＬ′　変圧器から漏電遮断器までの相線の線路インピーダンス ２、／　変圧器から漏電遮断器までの中性線の線路インピーダンス ＺＬ“　漏電遮断器から短絡点までの相線の線路インピーダンス ２Ｎ／／　漏電遮断器から短絡点までの中性線の線路インピーダンス Ｕ、　相線−中性線の線間電圧 Ｕａ　線間電圧から独立の電子回路の電源電圧ＰＥ　漏電遮断器の保護線のだめ の接続端子ｒｋ　短絡電流 工Δ　漏れ電流 Ｒム　被保護設備の接地抵抗 ＲＢ　変電所の中性線の接地抵抗（変電所接地）そこで漏電遮断器の近傍で短絡 が起こると、電源電圧が同時に切れ、ＰＥ端子はやは９短絡点の電位を取る。従 って遮断器は全く起動することができない。

短絡電流１には相線と中性線を流れ、それが引き起こす中性線の電圧降下は、設 備接地抵抗Ｒム対変鶴所接地抵抗ＲＢの割合で対地電位として作用する。しかし 対地電位の結果流れる漏れ電流工Δは、補助電圧Ｕムがないため遮断器を起動す ることができない。従って間接的感電の場合の保護（漏電保護）のために漏電遮 断器を使用することができるためには、次の条件を満たさなければならない。

１）遮断器は通常の線間電圧電源のもとで、漏れ交流及び／又は漏れ直流電流が 現れた時に起動しなければならな仏。漏れ交流電流の場合に引はずし漏れ電流の 定格値工Δｎで起動するとして、脈動漏れ直流電流では半波整流で丙Ｘ　Ｉｊｎ 、全波整流で２ＸＩΔｎ、平滑化漏れ直流電流では２．８ＸＩΔｎで引はずしが 行われれば、生理的理由から十分である（４）。これを実現するには、線間電圧 から独立の電子回路が必要である。別の補助電源、例えば電池は、実際上の理由 からこの使用目的にとって問題外である。

２）遮断器は相線及び／又は中性線の停電の場合や同時の短絡及び架枠漏電の場 合も、漏れ交流電流で起動しなければならない。この場合遮断器は漏れ直流電流 で機能しなくてもよい。なぜなら第一に幹線の故障と漏れ直流電圧の同時発生は 無視できる程度の危険であシ、第二に短縮の際に対地電位は対地２４０ｖ以下の 幹線の相線−中性線分圧の結果１２０■以下であシ、従って直流で１２０ｖの慣 用の感電限界を超えないからでちる。

線間電圧から独立の回路は前述のように平滑化直流電流を識別することができず 、一方、線間電圧電源屋は相線及び／又は中性線の停電の場合や架枠漏電と同時 に短絡が起こる場合に働かない。間接的感電の場合の保護に関する技術的要求は 、線間電圧から独立の回路も線間電圧依存性回路も排除する。間接的感電の場合 の保護（漏電保護系）のための漏電遮断器に対する、これらの−見矛盾する要求 を、以下に説明する発明は有利な経済的支出で解決する。

２個の漏電遮断器すなわち２）で挙げた保護条件を満足するだめの、線間電圧か ら独立の回路を有する漏電遮断器と、１）に挙げた保護条件のための線間電圧依 春型とを直列に使用することはもちろん可能である。

この費用は経済的に妥当でない。２個の和動変流器及び／又は２個の漏れ電流引 はずし装置を有する遮断器に２つの系を取付けることも、経済的理由と必要な場 所の都合から不可能である。西独特許第２３４８８８１号が実際に適用されなか ったのはこのためである。この発明は、二次巻線が漏れ電流引はずし装置の励磁 巻線に接続された和動変流器を有し、変流器鉄心の予備磁化のための閉路電流が 外部夕波電源から二次巻線に供給されて成る漏電遮断器を記述し、その際第１の 和動変流器に相当する数の一次巻線と、第１の和動変流器に属するスイッチロッ クに作用する二次巻線を備えたもう一つの別個の和動変流器を補設したことを特 徴として説明する。従ってこの特許に特徴的なのは２個の和動変流器を使用する ことでアシ、まさにこの事が、この特許が実際的意義を獲得しない理由であった 。

継電器が専ら整流器回路を介して和動変流器に接続されて成る漏電遮断器が、欧 州特許第０１１３０２６号によシ公知である。引はずし回路の感度を高めるため に、引はずし回路にあるインダクタンス（継電器又は二次巻線）と共に、二次側 周波数に同調させたＬＣ回路を構成するコンデンサを使用することができる。こ の公知の回路はエネルギ蓄積回路ではない。

エネルギ蓄積回路は米国特許第４３２０４３３号でも公知の事ではない。

本発明の目的は、交流漏れ電流にも直流漏れ電流にも、また直流分を含む交流漏 れ電流にも等しく好適であシ、しかも例えば西独特許第２３４８８８１号による 遮断器よりも構造が簡素な、冒頭に挙げた種類の漏電遮断器を提供することであ る。

この目的は、本発明に基づき請求の範囲第１項に記載の特徴によって達成される 。

ここで説明する、本発明に基づく構成においては、西独特許第２３４８８８１号 による回路と異なシ、咄１個の和動変流器が使用され、線間電圧依存性エネルギ 蓄積回路のために使用される、好ましくは永久磁石引はずし装置の形の漏れ電流 引はずし装置が電圧依存性電子回路による引はずしにも使用される。電子回路に よって引はずし装置の引はずしコイルを、幹線から取出したエネルギを有する変 流又は直流電流で直接に起動するか、又は当該の漏れ電流が流れる時に、電子回 路が幹線から蓄積コンデンサに充電させ、それによって適当な充電電圧に到達し た後に引はずしパルスを送ることによって、上記の事を行うことができる。その 場合、遮断器が漏れ電流の発生の際に電子装置による線間電圧依存性の引はずし でも、エネルギ蓄積回路による線間電圧から独立の引はずしでも、同じ引はずし 特性を有するように、すなわち２つの引はずし系統に対して同じ定格値が適用さ れるように、本発明に基づき電子回路を設計することができる。

エネルギ蓄積回路が専ら漏れ交流電流のために設計されている場合は、和動変流 器の二次巻線が漏れ交流電流又は脈動漏れ直流電流の発生時に線間電圧から独立 の引けずしでの蓄積コンデンサの充電のためと、平滑な漏れ直流電流又は脈動漏 れ直流電流を検出する電子回路の制御だめの双方に利用される。本発明に基づき 二次巻線と三次巻線を備えた和動変流器を設けるならば、二次巻線をエネルギ蓄 積回路のために、三次巻線を電子回路の制御のために使用することができる。

本発明に基づき２個の引はずしコイルを備えた漏れ電流引はずし装置を設けると きは、上記の解決策によシエネルギ蓄積回路を電子回路から電気的に分離するこ とができる。

簡単な公知の方法（オーストリア特許第２０５５７４号）により電子回路を介し て和動変流器の二次又は三次巻線に、遮断器の応答限界よシ低い人工漏れ電流を 発生することによって、漏電遮断器の引はずし特性を更に調節することができる 。その場合は和動変流器がこの漏れ電流によって予備励磁され、蓄積コンデンサ がこのため部分的に充電される。そこで遮断器の引はずし電流を超える真の漏れ 電流が設備に発生すると、この漏れ電流はエネルギ蓄積回路が応答するまで蓄積 コンデンサの残余の充電を行う。

本発明によれば線間電圧依存性の電子回路によって発生され、和動変流器の二次 又は三次巻線を流れる適当な周波数の信号電流が充電を誘起し、それと共に整流 器回路を介して蓄積コンデンサのエネルギ予備蓄積を行わせることによって、上 記の事を達成することができる。本発明に基づく解決策を次に詳しく例示する。

先行技術に属する回路と本発明の実施例を示す図面に基づいて、本発明の詳細な 説明し、記述する。

第１図及び第２図は前述の２つの公知の回路、第３図、第４図及び第５図はそれ ぞれ本発明に基づく漏電遮断器の実施例を示す。

回路網の相線り、　、　Ｌ、　、　Ｌ、と中性線Ｎは一次巻線として和動変流器 １０に通されている。和動変流器１０は二次巻線１ノを備え、これに整流器回路 １２が接続される。コンデンサ１３として構成されたエネルギ蓄積装置が整流器 回路１２に並列に接続され、該コンデンサ１３は所定の充電電圧に到達した後、 しきい値スイッチ１４を導通させる。エネルギ蓄積装置Ｉ３と並列に永久磁石引 はずし装置１５が接続され、スイッチロック１６を解放する。スイッチロック１ ６は電線Ｌ工ないしＬ３及びＮの接触片１７を開放する。相線Ｌ１及び中性線Ｎ と結合された給電線１８を介して電子検出装置１９に給電される。

検出装置１９は二次巻線の直流漏れ電流を検出し、中継線２０及び２ノを介して エネルギ蓄積装置と結合される。

従って二次巻線ｘ１ｈ漏れ交流電流が流れる時に、場合によっては脈動漏れ直流 電流の場合でもコンデンサ１３を充電するだめ、また線間電圧依存性電子回路１ ９を制御するために利用される。電子回路１９は例えばコンデンサー３と並列す るように、すなわち応答の場合に電圧依存性半導体素子１４及び漏れ電流側はず し装置１５の引はずしコイルを介して引けずしパルスで動作するように、構成さ れている。

第４図による回路設計は、和動変流器１０が二次巻線１１と三次巻線２２を有し 、二次巻線がエネルギ蓄積回路のため、三次巻線２２が電子回路の制御のだめに 使用される点が第３図によるものと相違する。漏れ電流側はずし装置１５は例え ば２個の引はずしコイル１５ａ及び１５ｂを有する。それによってエネルギ蓄積 回路の引はずし回路は電子回路の引はずし回路、またそれと共に幹線からも電気 的に分離されている。

本発明の詳細な構成が第５図で明らかである。やはυ相線Ｌ！＋ｔｌＬ３と中性 線Ｎが一次巻線としし て和動変流器１０に通されていることが判る。時限素子１３としきい値スイッチ 又はトリガ回路１４によって略示したエネルギ蓄積回路が二次巻線１１に接続す る。回路１３／１４の出力は継電器１５に入力し、交流漏れ電流が発生するとコ ンデンサ１３が充電され、所定の充電状態でしきい値スイッチ１４を介して継電 器１５に放電するから、接触片１７が開放する。線路１８を介して整流器３０と 相線Ｌ１及びＮが結合され、該整流器３０は破線で囲んだ電子回路１９の給電の ために利用される。この電子回路は実質的に増幅部３１、時限素子又は積分器３ ２、しきい値スイッチ３３及び発振器３４を有する。発振器によって二次巻線１ １のタッグ点３６に至る線路３５を介して、和動変流器１０が該和動変流器の材 料のヒステリシスループに従って、好ましくは５００Ｈｚの周波数で磁化又は減 磁される。

直流漏れ電流又は直流分を含む交流漏れ電流が現れると、和動変流器は飽和方向 に、すなわち非対称の方向に行き、その時生じる電圧降下が回路装置３１／３２ ／３３によって検出され、処理されて、エネルギ蓄積回路１３７１．４へ送られ る。それによって継電器１５が起動され、それと共に接触部１７が開放される。

直流漏れ電流の検出のだめの公知の電子回路装置においては、鉄心のバイアスの ためにおおむね１０００ないし５０００　Ｈｚの周波数が使用される。この種の 漏電遮断器が交流漏れ電流も検出できるように、たいてい第２の和動変流器が設 けられる（例えば西独特許第２３４８８８１号を参照）。発振器の周波数を例え ば約５００Ｈｚに引下げることによって、交流漏れ電流に適した和動変流器を共 用することができる。その場合、変流器がＦ８０材料で作られるならば、二次側 に７００ターンが必要であシ、巻数的１００の所でタッグするから、接続端子４ ０とタップ線３５の間に二次巻線の１００ターンがちる。

文　献 （１）　Ｇ、ビーゲルマイア−（Ｇ、　Ｂｉｅｇｅｌｍｅｉｅｒ　）：近代的漏 電保護、Ｅ、ｕ、Ｍ−７５巻（１９５８年）８号１５７−１６４頁（２）　Ｇ、 ビーゲルマイア一二に気設備の最適な漏電保護（間接的感電の保護対策）として の保護多重接地（ＴＮ方式）に関する思想。６ＺＥ３７巻（１９８４年）１２号 ４８３頁 （３）　ＩＥＣ６４（中央事務局）１５１．１９８５年１月。

国際電気標準会議刊行物３６４号５部５３章、スイッチ装置と制御装置 （４）　ＩＥＣレポート４７９号第２版：人体に対する感電の影響、２部５章 ａ １１１１１７　］６ 旨へ−〜−−−−丑１ ＬＩ　Ｌ２　１３　Ｎ Ｐｊ＋”、にＸＴＯ−、ｒ：ＥＩコ４τＥＲ＋ＮＡＴＩＯＮＡ［、ＳＥ／ＲＣＨ ＲＥ：’０ＲＴＯＮＦｏｒ　ｍｏｒｅ　ｄａｔａｉｌ＊　５ｈｏｎｅ　ｅｓイｓ 　ａｎｎｏｙ　・

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．配線ケーブル用接続端子を備えた適当なケースの中に配設された接触装置及 び付属のスイッチロックと、試験装置及び操作部と、１個又は２個の引はずしコ イルを備えた漏れ電流引はずし装置と、和動変流器と、線間電圧から独立の電子 エネルギ蓄積回路と、線間電圧依存性の電子回路とから成り、一方では線間電圧 から独立のエネルギ蓄積回路がコンデンサを具備し、該コンデンサが漏れ交流電 流の発生の際に、場合によっては脈動漏れ直流電流の場合にも、和動変流器と整 流器回路を介して漏れ電流に応じて充電され、所定の充電電圧に到達すると電圧 依存性の半導体素子を介して漏れ電流引はずし装置の引はずしコイルを経てパル ス状に放電し、それによって漏電遮断器を引はずし、他方では漏れ直流電流の発 生の際に、場合によっては直流分を含む漏れ交流電流の場合にも、直流電流又は 直流分が和動変流器において、電子回路の発振器が変流器の巻線に生じる電圧を 非対称又は動作点の偏移によって変化し、電子回路を介してスイッチ動作を行わ せ、それによって幹線電力を用いて漏れ電流引はずし装置を操作することにより 、線間電力依存性の電子回路によっても引はずしが行われる漏電遮断器において 、唯１個の和動変流器（２）と好ましくは永久磁石引はずし装置（１）の形の唯 １個の漏れ電流引はずし装置が電子スイッチ素子（３）、蓄積コンデンサ（４） 及び整流器回路（５）等の部品を有するエネルギ蓄積回路による線間電圧から独 立の引はずしにも、電子回路（６）による線間電圧依存性の引はずしにも使用さ れることを特徴とする漏電遮断器。
2. ２．線間電圧から独立のエネルギ蓄積回路の蓄積コンデンサ（４）が、漏れ直流 電流が流れる時、また場合によっては直流分を含む漏れ交流電流の場合にも、電 子回路（６）と和動変流器（２）を介して幹線電力によって充電され、適当な充 電電圧に到達した後、漏れ電流引はずし装置（１）の引はずしコイルをパルス状 に励磁し、それによって漏れ電流引はずし装置を介して漏電遮断器の遮断動作を 開始することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の漏電遮断器（第３図）。
3. ３．電子回路が、線間電圧から独立のエネルギ蓄積回路による引はずしと同様の 引はずし特性により漏電遮断器の引はずしを行うように構成されていることを特 徴とする、請求の範囲第１項及び請求の範囲第２項に記載の漏電遮断器。
4. ４．和動変流器（２）が二次巻線のほかに三次巻線を有し、二次巻線がエネルギ 蓄積回路による線間電圧から独立の引はずしのために設けられておリ、三次巻線 が電子回路（６）による線間電圧依存性の引はずしのために使用されることを特 徴とする、請求の範囲第１項及び請求の範囲第２項、第３項に記載の漏電遮断器 。
5. ５．漏れ電流引はずし装置が２個の引はずしコイル（１ａ及び１ｂ）を有し、そ の内の一方が線間電圧から独立のエネルギ蓄積回路により、他方が電子回路（６ ）を介して幹線により励磁されることを特徴とする、請求の範囲第１項及び請求 の範囲第２項又は第３項及び第４項に記載の漏電遮断器。
6. ６．電子回路を介して和動変流器の二次又は三次巻線に適当な周波数の励磁電流 が持続的に流され、その誘導電圧が線間電圧から独立のエネルギ蓄積回路の整流 器回路（５）を介して蓄積コンデンサ（４）の予備蓄電をもたらすことを特徴と する、請求の範囲第１項及び請求の範囲第２項ないし第５項に記載の漏電遮断器 。